新能源發(fā)電技術(shù) 課件 第一章-新能源發(fā)電概述

第一章新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院本章內(nèi)容：能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略風(fēng)力發(fā)電光伏發(fā)電儲(chǔ)能

第一章新能源發(fā)電概述新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能源儲(chǔ)量結(jié)構(gòu)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述我國可再生能源資源豐富，但是我國人口眾多，能源資源相對(duì)匱乏。新能源大多分布于西北、西南、中南等非經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)區(qū)，利用率不理想。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能源生產(chǎn)結(jié)構(gòu)能源產(chǎn)出仍以煤炭為主，一次能源產(chǎn)量穩(wěn)定增長，二次能源產(chǎn)出遞增。能源結(jié)構(gòu)優(yōu)化調(diào)整，清潔能源比重逐年提升。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述我國歷年各類型裝機(jī)發(fā)電量占比規(guī)模以上工業(yè)原煤產(chǎn)量增速月度走勢(shì)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)能源消費(fèi)總量均處于低速增長狀態(tài)，以較低的能源消費(fèi)增速支撐經(jīng)濟(jì)的中高速發(fā)展。我國能源消費(fèi)構(gòu)成中，煤炭處于主體性地位，石油和天然氣對(duì)外依存度高，可再生能源消費(fèi)占比持續(xù)提升。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略我國的可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略“十三五”能源發(fā)展成就能源資源開發(fā)利用效率大幅提高生態(tài)環(huán)境明顯改善節(jié)能降耗減排取得突出成效“十四五”發(fā)展規(guī)劃繼續(xù)加速生產(chǎn)生活方式綠色轉(zhuǎn)型構(gòu)建新型能源體系新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述新能源發(fā)電技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展實(shí)際電網(wǎng)的復(fù)雜特征新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述新能源發(fā)電質(zhì)量有所下降惡劣電能質(zhì)量對(duì)新能源發(fā)電系統(tǒng)本身的安全運(yùn)行造成威脅三相電壓不平衡諧波電壓畸變非理想運(yùn)行狀態(tài)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展故障穿越技術(shù)新能源發(fā)電系統(tǒng)的故障穿越是指新能源發(fā)電機(jī)組能夠成功穿越一定時(shí)間段內(nèi)的一定程度的電網(wǎng)電壓故障，保持風(fēng)電機(jī)組在故障期間不脫網(wǎng)運(yùn)行。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述電網(wǎng)故障電網(wǎng)頻率故障電網(wǎng)電壓故障對(duì)稱電壓故障不對(duì)稱電壓故障?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展穩(wěn)定運(yùn)行與振蕩抑制技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述新能源設(shè)備與電網(wǎng)阻抗特性的不匹配新能源發(fā)電系統(tǒng)與電網(wǎng)所構(gòu)成的互聯(lián)系統(tǒng)穩(wěn)定裕度不足振蕩失穩(wěn)系統(tǒng)對(duì)新能源消納能力下降甚至局部電網(wǎng)崩潰振蕩問題理論分析特征值分析法幅相動(dòng)力學(xué)分析法……阻抗分析法振蕩抑制方法優(yōu)化控制參數(shù)阻抗重塑技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.1能源現(xiàn)狀與可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略新能源發(fā)電技術(shù)的發(fā)展儲(chǔ)能技術(shù)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述發(fā)電可控新能源出力不可控，可調(diào)容量、慣量下降負(fù)荷相對(duì)確定分布式新能源和電力電子負(fù)荷加深不確定性電能傳輸方向確定電能傳輸方向不確定負(fù)荷側(cè)儲(chǔ)能提高電能質(zhì)量支撐分布式新能源接入提升用戶靈活調(diào)節(jié)能力發(fā)電側(cè)儲(chǔ)能平滑風(fēng)光出力跟蹤發(fā)電計(jì)劃調(diào)峰調(diào)頻能力無功支撐事故備用提高系統(tǒng)安全穩(wěn)定水平電網(wǎng)側(cè)儲(chǔ)能?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電概述新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述風(fēng)電迅速發(fā)展可再生能源發(fā)展迅速，其中風(fēng)電已經(jīng)成為目前技術(shù)最為成熟、最具規(guī)?；_發(fā)條件和商業(yè)化發(fā)展前景的新能源。矛盾問題凸顯設(shè)備產(chǎn)能過剩、質(zhì)量問題、風(fēng)電機(jī)組吊裝后不能及時(shí)投產(chǎn)風(fēng)電送出消納問題亟需技術(shù)進(jìn)步，降低新能源發(fā)電成本……?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電基本原理風(fēng)力機(jī)可將氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)為機(jī)械能，是風(fēng)力發(fā)電的必要條件之一。實(shí)際風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)中普遍采用水平軸風(fēng)力機(jī)，其通常由葉片、塔架、機(jī)艙等部分組成。風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)原理新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述（1）風(fēng)輪風(fēng)輪由葉片和輪轂組成，是風(fēng)力機(jī)捕獲風(fēng)能的部件。（2）塔架為風(fēng)力機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)，可保證葉片能在具有較高風(fēng)速的位置運(yùn)行。（3）機(jī)艙機(jī)艙內(nèi)則有傳動(dòng)裝置、控制系統(tǒng)及發(fā)電機(jī)等。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電基本原理風(fēng)力機(jī)利用風(fēng)能轉(zhuǎn)化成的機(jī)械功率為

其中，風(fēng)能利用系數(shù)Cp

是葉尖速比λ和葉片槳距角β的函數(shù)。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)原理在風(fēng)速低于額定風(fēng)速時(shí)，槳葉節(jié)距角β=0°，

通過變速恒頻裝置，風(fēng)速變化時(shí)改變發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速，使風(fēng)能

利用系數(shù)恒定在最大值Cpmax，捕獲最大風(fēng)能。在風(fēng)速高于額定風(fēng)速時(shí)，調(diào)節(jié)槳葉節(jié)距角從而減少葉輪輸入功率，使發(fā)電機(jī)輸出功率穩(wěn)定在額定功率。在槳距角β固定時(shí)，對(duì)應(yīng)于風(fēng)力機(jī)最大風(fēng)能利用系數(shù)，有一個(gè)最佳葉尖速比λm。要時(shí)刻進(jìn)行變速控制，保證以最佳葉尖速比λm運(yùn)行。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)型離網(wǎng)型保持發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速不變以得到恒頻電能系統(tǒng)容量較小可配備儲(chǔ)能單元以提供穩(wěn)定電力占風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)比例較小發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速受風(fēng)速變化影響恒速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（CSCF系統(tǒng)）變速恒頻發(fā)電機(jī)系統(tǒng)（VSCF系統(tǒng)）新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類恒速恒頻發(fā)電系統(tǒng)單機(jī)容量為600kW～750kW的風(fēng)電機(jī)組多采用恒速運(yùn)行方式，一般采用鼠籠型異步發(fā)電機(jī)，恒速風(fēng)電機(jī)組主要有兩種類型：定槳距失速型和變槳距風(fēng)力機(jī)。風(fēng)能的利用率低風(fēng)速突變時(shí)易產(chǎn)生很大的機(jī)械應(yīng)力并網(wǎng)時(shí)電流沖擊較大不能有效控制無功功率，需要額外補(bǔ)償無功恒速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類鼠籠式異步發(fā)電機(jī)變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)風(fēng)力機(jī)與發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速隨風(fēng)速變化，通過定子繞組與電網(wǎng)之間的變頻器把變頻的電能轉(zhuǎn)化為與電網(wǎng)頻率相同的恒頻電能。缺點(diǎn)：變頻器在定子側(cè)，變頻器容量需要與發(fā)電機(jī)容量相同，變流系統(tǒng)成本和體積過大新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)為轉(zhuǎn)子交流勵(lì)磁雙饋發(fā)電機(jī)在轉(zhuǎn)子電路實(shí)現(xiàn)，流過功率為交流勵(lì)磁發(fā)電機(jī)的轉(zhuǎn)速運(yùn)行范圍所決定的轉(zhuǎn)差功率，所需變頻器容量小可實(shí)現(xiàn)有功、無功功率的靈活控制雙饋式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)多采用永磁同步發(fā)電機(jī)在定子電路實(shí)現(xiàn)，把永磁發(fā)電機(jī)發(fā)出變頻的交流電通過變頻器轉(zhuǎn)變?yōu)榕c電網(wǎng)同頻的交流電可靠性高，電網(wǎng)適應(yīng)性較強(qiáng)直驅(qū)型變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.2風(fēng)力發(fā)電風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)分類混合式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)發(fā)電機(jī)多采用永磁同步發(fā)電機(jī)采用一級(jí)齒輪箱傳動(dòng)設(shè)計(jì)，克服了低速發(fā)電機(jī)和多級(jí)齒輪傳動(dòng)的不足減小發(fā)電機(jī)和齒輪箱的體積與重量，提高發(fā)電機(jī)的運(yùn)行效率混合式變速恒頻風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)結(jié)構(gòu)原理圖新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電概述光伏發(fā)電系統(tǒng)光伏發(fā)電系統(tǒng)主要由太陽能電池板（組件）、控制器和逆變器三大部分組成，具有可靠、穩(wěn)定、壽命長、安裝維護(hù)簡便等優(yōu)點(diǎn)。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述太陽能電池組件控制器直流負(fù)載交流負(fù)載逆變器蓄電池光伏發(fā)電系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)趨向高能量轉(zhuǎn)換效率、低生產(chǎn)成本從西部向中東部地區(qū)轉(zhuǎn)移由大型集中式電站轉(zhuǎn)向分布式光伏電站?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電原理光伏電池傳統(tǒng)光伏電池由p型半導(dǎo)體和n型半導(dǎo)體組成，當(dāng)半導(dǎo)體吸收能量大于其帶隙能量的光子時(shí)，電子躍遷產(chǎn)生電子-空穴對(duì)，在內(nèi)建電場的作用下分離，形成與內(nèi)建電場方向相反的光生電場。接通負(fù)載后，電子將在外電路中流動(dòng)產(chǎn)生電流。光生伏特效應(yīng)光伏板陣列是光伏系統(tǒng)的重要組成部分。在光照情況下，光伏板吸收光能，兩端出現(xiàn)異號(hào)電荷積累，產(chǎn)生“光生電壓”。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電原理逆變器：由于太陽能電池和蓄電池是直流電源，而負(fù)載是交流負(fù)載時(shí)，因此必須通過逆變器將直流電轉(zhuǎn)換成交流電。光伏發(fā)電系統(tǒng)輸出特性可由下式表示新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述式中，A為常數(shù)因子，K為玻爾茲曼常數(shù)，T為溫度，q為電子電荷，ID0為太陽電池在無光照時(shí)的飽和電流太陽電池非線性直流電源電壓增加功率增大最大功率點(diǎn)電阻增加電阻增加功率減少最大功率點(diǎn)追蹤(MPPT)技術(shù)?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)分類光伏發(fā)電系統(tǒng)并網(wǎng)型離網(wǎng)型偏遠(yuǎn)地區(qū)供電備用電源集中式光伏系統(tǒng)分布式光伏系統(tǒng)新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)分類集中式光伏發(fā)電系統(tǒng)基本原理光伏陣列通過匯流箱與大功率集中式光伏逆變器相連，光伏逆變器實(shí)現(xiàn)光伏陣列的MPPT控制，將輸出的直流電轉(zhuǎn)換為交流電經(jīng)升壓變壓器傳輸給高壓電網(wǎng)。優(yōu)點(diǎn)光伏效率穩(wěn)定，利用率高運(yùn)行方式靈活建設(shè)周期短，成本低等缺點(diǎn)輸電線路長，損耗大，易出現(xiàn)輸電線路的損耗、電壓跌落、無功補(bǔ)償?shù)葐栴}新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)分類分布式光伏發(fā)電系統(tǒng)

特指采用光伏組件，將太陽能直接轉(zhuǎn)換為電能的分布式發(fā)電系統(tǒng)。倡導(dǎo)就近發(fā)電，就近并網(wǎng)，就近轉(zhuǎn)換，就近使用的原則，必須接入公共電網(wǎng)。特點(diǎn)輸出功率相對(duì)較小污染小，環(huán)保效益突出可以發(fā)電用電并存一地兩用，有效減少光伏系統(tǒng)的占地面積新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.3光伏發(fā)電光伏發(fā)電系統(tǒng)分類離網(wǎng)型光伏發(fā)電系統(tǒng)

離網(wǎng)型發(fā)電系統(tǒng)是一種不與電網(wǎng)相連的獨(dú)立光伏發(fā)電系統(tǒng)，廣泛應(yīng)用于偏僻山區(qū)、無電區(qū)、海島、通訊基站和路燈等應(yīng)用場所?；竟ぷ鬟^程光照條件下，太陽電池組件產(chǎn)生一定電動(dòng)勢(shì)，通過充放電控制器對(duì)蓄電池進(jìn)行充電，貯存電能；夜晚，蓄電池組為逆變器提供輸入電，將直流電轉(zhuǎn)換成交流電，輸送到配電柜，由配電柜切換供電。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲(chǔ)能概述發(fā)展現(xiàn)狀隨國家能源轉(zhuǎn)型不斷深入及對(duì)電力系統(tǒng)靈活性要求不斷提高，儲(chǔ)能將繼續(xù)保持強(qiáng)勁的增長趨勢(shì)。

新能源配合儲(chǔ)能系統(tǒng)能夠增強(qiáng)新能源發(fā)電的穩(wěn)定性、連續(xù)性和可控性，使得電力系統(tǒng)獲得了更快速、靈活的瞬時(shí)功率平衡能力，也使得新能源具備了能夠向電網(wǎng)提供穩(wěn)定性支撐的能力。新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述各類型儲(chǔ)能裝機(jī)容量占比（截至2023年）?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲(chǔ)能概述新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述快速動(dòng)態(tài)能量吸收或釋放，平抑新能源出力波動(dòng)；提高新能源跟蹤發(fā)電計(jì)劃的能力；主動(dòng)向電網(wǎng)提供系統(tǒng)阻尼，抑制振蕩。支撐大規(guī)模集中新能源并網(wǎng)接入提高分布式新能源的高效利用與友好接入提高新能源對(duì)電網(wǎng)提供支撐服務(wù)和實(shí)現(xiàn)故障穿越的能力實(shí)現(xiàn)新能源發(fā)電在時(shí)間上的遷移，迎合負(fù)荷需求；削減等效負(fù)荷峰值，優(yōu)化資源配置成本，增強(qiáng)電網(wǎng)對(duì)新能源的接納與傳輸能力。使新能源電站能夠具備和常規(guī)機(jī)組類似的參與AGC、一次調(diào)頻與調(diào)峰能力；與各種傳統(tǒng)及智能化控制技術(shù)實(shí)現(xiàn)協(xié)同應(yīng)用。?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲(chǔ)能常見儲(chǔ)能形式抽水蓄能基本原理

電網(wǎng)低谷時(shí)利用過剩電力將作為液態(tài)能量媒體的水從低標(biāo)高的水庫抽到高標(biāo)高的水庫，電網(wǎng)峰荷時(shí)高標(biāo)高水庫中的水回流到低標(biāo)高水庫推動(dòng)水輪機(jī)發(fā)電機(jī)發(fā)電。特點(diǎn)響應(yīng)速度快具有日調(diào)節(jié)能力建設(shè)周期長，受地形限制新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述最成熟，使用最廣泛的物理儲(chǔ)能方式?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲(chǔ)能常見儲(chǔ)能形式飛輪儲(chǔ)能基本原理

利用電能驅(qū)動(dòng)飛輪高速旋轉(zhuǎn)，將電能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，在需要的時(shí)候通過飛輪慣性拖動(dòng)電機(jī)發(fā)電，將儲(chǔ)存的機(jī)械能變?yōu)殡娔茌敵?。特點(diǎn)功率密度高、快響應(yīng)、高頻次、效率高壽命長、無污染能量密度低，自放電率高新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院1.4儲(chǔ)能常見儲(chǔ)能形式壓縮空氣儲(chǔ)能基本原理

在電網(wǎng)負(fù)荷低谷期將電能用于壓縮空氣，將空氣高壓密封，在電網(wǎng)負(fù)荷高峰期釋放壓縮空氣推動(dòng)汽輪機(jī)發(fā)電。特點(diǎn)輸出功率大成本低，運(yùn)行壽命長建設(shè)受地形和地質(zhì)條件限制新能源發(fā)電技術(shù)新能源發(fā)電概述?浙江大學(xué)電氣工